CEPT工藝中氣動絮凝投藥量優化試驗

黃驍，席風祥，賈澍，艾勇

（1. 撫順市環保局順城分局，遼寧 撫順 113006； 2. 沈陽建筑大學環境學院，遼寧 沈陽 110168；3. 遼寧省污水處理管控中心，遼寧 沈陽 110000； 4. 錦州水務集團，遼寧 錦州121000）

發展中國家由于資金和技術等多方面限制，普遍面臨兩個矛盾：新增加污水廠的速度無法應對日益增長的城市污水量的矛盾和老舊污水廠無法滿足新時代下出水水質要求的矛盾。近年來，不斷成熟的強化一級處理技術特別適用于那些經濟欠發達且水環境不佳的地區，因其有著低投入，且對污染物的去除率較高，在很多發展中國家得到了推廣。

化學強化一級處理工藝是強化一級處理工藝中比較重要的工藝，也是四個主流強化處理工藝之一。化學強化一級處理工藝又稱為CEPT工藝[1]。該工藝主要研究絮凝劑的開發和利用和對污泥的處理，很少對絮凝攪拌方式進行研究。高效的絮凝攪拌不僅能加快絮凝劑的擴散和增加顆粒的碰撞速率，而且還對處理水質和沉淀分離效果產生影響。傳統的攪拌方式主要是機械攪拌和水力攪拌，上述兩種技術成熟，應用廣泛。但是在實際中，機械絮凝攪拌設備運行維護成本高，水力攪拌占地面積大。因此有學者提出氣動絮凝攪拌，目前尚未有實例。由于對氣動絮凝理論研究較少，缺乏可供參考的依據，實際應用中，人們對影響控制絮凝的因素了解也不足，因此得到的優化參數差別很大。本試驗旨在對氣動絮凝攪拌中對投藥量進行研究，以尋求投藥量的最優值。

1 氣動絮凝的原理、現狀

氣動絮凝的原理是將壓縮的空氣通過微孔擴散裝置輸送到水中，絮凝攪拌的動力主要依靠氣泡上升產生的摩擦力，同時密度差引起的水流動力也會成為一個動力，使顆粒之間相互產生碰撞，從而絮凝沉淀。

20世紀80年代，Al-Hiary[2]率先開展了氣動絮凝的研究。1995年Kazi[3]建立一個氣動反應模型，經過試驗并結合前人關于絮凝動力學的相關成果，基本搭建了氣動絮凝動力學模型[4，5]。國內也有一部分學者對氣動絮凝開展研究。姜應和等[6]首先建立模型裝置，并在其中用氣動絮凝處理技術，處理由篩分黏土配制的低濁度水, 結果表明, 氣動絮凝對去除水中污染物有顯著絮凝效果。張海豐等[7]對首先壓縮空氣攪拌方式進行研究，然后對機械攪拌方式研究的基礎上，對兩種工藝進行比較，研究不同絮凝攪拌方式對絮凝效果影響。因此得出氣動絮凝在攪拌效果上顯著，在混凝時間和藥劑投加量上也優于機械攪拌。

2 試驗基礎

2.1 試驗用水來源

試驗用水取自沈陽某凈水廠，取樣點位于曝氣沉砂池后。水溫介于20～26 ℃，pH介于7.5～7.9。其水質指標見表1。

表1 試驗水質指標

試驗用水呈黃灰色，沒有明顯臭味，無大顆粒物質，水質穩定。

2.2 絮凝劑選取

試驗選用目前應用廣泛的兩種絮凝劑：具體參數如下：

（1）聚合氯化鐵鋁簡稱PFAC，該絮凝劑絮凝速度快，顆粒大,對處理低溫高濁度污水效果顯著。本實驗選取長春某凈水廠生產的液體 PFAC，顏色為黃褐色，氧化鋁氧化鐵的含量約為10%～12%，密度為1.2 kg/L，試驗時配成120 mg/L。

（2）陽離子聚丙烯酰胺簡稱PAM，易溶于水，難溶于有機溶劑，陽離子型PAM主要的反應機理是通過吸附架橋和吸附電中和，使帶負電的膠體顆粒和其他的污染物脫穩沉淀。它在城市飲用水凈化，城鎮污水、工業廢水處理中得到了廣泛的推廣應用。

2.3 試驗裝置及工藝流程

試驗裝置見圖1 。選用由有機玻璃制作的氣動絮凝柱。半徑為8 cm, 高度為180 cm, 容積為36 L；設置等距取樣口的數量為4個，實驗時倒入25 L污水，水面高度 1.2 m，最高取樣口和液面的距離為15 cm, 水樣和絮凝劑由人工加入，混合和絮凝所需的充氣強度由兩種規格的玻璃流量計控制。

圖1 試驗裝置圖

3 投藥量優化試驗

3.1 聚合氯化鐵鋁的最佳投加量

根據相關文獻資料，設定試驗參數如下：（1）氣動絮凝時間為1 min，混合充氣量為1.2 m3/h；（2）絮凝沉淀分為三個過程，時間分別設置為 2、3、4 min；（3）充氣量設置為三個過程，分別為0.16、0.12、0.08 m3/h, 控制PAM投藥量穩定不變，設置為1.2 mg/L。記錄試驗數據，得出圖2、圖3。

結合圖2和圖3，可以推斷：

（1）150 mg/L是PFAC的最佳投加量，它能使水中存在的大部分CODcr的污染物被去除。當投加量小于150 mg/L，投藥量增加，污染物的去除率也增加，這說明投藥量還無法滿足去除水中膠體和懸浮顆粒的要求；

圖2 PFAC投加量不同時對濁度的影響

圖3 PFAC投加量不同時對CODcr的影響

當投藥量大于150 mg/L，濁度的去除率并沒有明顯的波動，說明對于去除濁度而言，150 mg/L就是其臨界值，150 mg/L就可以完全滿足去除水中形成濁度的這部分物質。當投藥量大于 150 mg/L，CODcr去除率表現為先下降再上升的勢頭，下降的主要原因可以歸結為部分絮體未能逐步沉淀，當水質較為穩定時，CODcr的去除率又恢復正常水平。

（2）當投藥量過大，大于250 mg/L時，即使在氣動絮凝過程中，這兩個指標的去除率都表現的不理想。強烈的水體絮動，產成了更多的微絮體，在沉淀階段分離變得更加困難。投藥量的增加也使得處理費用提高。因此說明在該水質的情況下 150 mg/L是PFAC的最佳投加量。

3.2 陽離子聚丙烯酰胺的最佳投加量

PAM的優選試驗采用和PFAC同樣的充氣量和充氣時間。設定PFAC投藥量為150 mg/L。分析數據得出圖4、圖5。

分析圖4、圖5可得以下結論：

（1） 0.5 mg/L為PAM的最佳投藥量。在0.5 mg/L的投藥量時，去除率最好。

圖4 PAM投加量不同時對濁度的影響

圖5 PAM投加量不同時對CODcr的影響

當PAM的投藥量增加時，濁度和CODcr卻表現出反轉的趨勢，去除率不增反降。而后當濁度為0.8 mg/L時為其最低值，之后略有提升，但依然達不到0.5 mg/L時的去除效果。CODcr的的去除效果在0.5 mg/L時表現的更為明顯，在0.5 mg/L時達到去除最高值，而后去除率逐漸降低，說明該水質污水PAM的最佳劑量為0.5 mg/L。

（2）當PAM投加量過多時，會使得產生的絮體比較松散，在向裝置沖入空氣后，會形成更多的微絮體，變得更加不容易沉淀，影響水處理效果。

4 結束語

在氣動絮凝試驗中，助凝劑是影響氣動絮凝的一個主要因素，在投加時應控制好量，過多的投加量不僅會帶來成本的升高，還會使去除效率變低。經試驗確定了在該水質的情況下PFAC的最佳投加量為150 mg/L，PAM的最佳投加量為0.5 mg/L。

[1]陳煜,姜應和,李玲玲.城市污水強化以及處理技術評析[J].給水排水，2000，26（12）: 26-28.

[2]Al-Hiary S.M. Pneumatic flocculation. M.Sc. Eng. Thesis, Department of Civil Engineering, University of Jordan,1988.

[3]Kazi N.M. Pneumatic flocculation in water treatment. Ph.D. thesis,The Nottingham Trent University, U.K.,1955.

[4]SHOLJI,N.M.KAZI. Kinetics of Pneumatic Flocculation[J]. Wat.Res,1997, 31(12): 2979-2988.

[5]SHOLJI,N.M.KAZI. Comment on “Kinetics of Pneumatic Flocculation[J]. Wat.Res.1998, 32 (9): 2870-287.

[6]姜應和，陳昱．氣動絮凝反應模型試驗[J]. 中國給水排水，2002，18 (11): 41-42.

[7]張海豐，孫寶盛，齊庚申．壓縮空氣攪拌與機械攪拌混凝的比較[J].工業用水與廢水，2004，35 (5): 51-53.